张陆穆晓斌苏琳秸杆燃气炉
（中国船舶工业系统工程研究院，北京，100100）
摘要：本文以氯化聚乙烯橡胶CPE为基体，考察了氢氧化铝对CPE材料的物理机械性能及阻燃性能的影响，研究了氢氧化铝ATH与氢氧化镁MH、硼酸锌、聚磷酸铵等其它无机阻燃剂或磷系阻燃剂并用对CPE材料的阻燃性能的影响。试验结果显示ATH单独应用，用量较大时容易在胶料中产生应力集中，导致胶料的拉伸强度和扯断伸长率均下降。Si-69或三乙醇胺的加入可改善ATH在胶料中的分散，提高材料的物理机械性能。ATH与MH及硼酸锌之间均存在一定的协同阻燃效应。 关键词：CPE，氢氧化铝，阻燃
氯化聚乙烯（CPE）具有优良的耐候性和耐化学介质性能，在电缆、胶管等橡胶行业有着广泛的应用。同时其自身结构中带有阻燃元素—氯，因此其自身具有一定的阻燃性，氯含量为40%的CPE140B自身的氧指数即可达到33[1]。但同样因为其含有卤素的原因，其在燃烧时容易出现浓烟，且容易释放出有毒且有腐蚀性的气体氯化氢。这在一定程度上阻碍了其在某些场所的推广应用。而无机阻燃剂因其异于卤素阻燃的机理，本身就具有一定的抑烟性能，因此在CPE的阻燃体系中得到了广泛的影响，其中氢氧化铝
ATH就是其中用量最多的一种[2]。由于氢氧化铝表面极性大，与基材的相容性差，高填充必然会影响基体材料的加工性能和物理机械性能。因此一般需要并用其它类型的阻燃剂，以期达到协同阻燃的效果，降低ATH的使用量。 本文以氯化聚乙烯橡胶CPE140B为基体，以氢氧化铝为主体阻燃剂，对其它无机阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂等其它阻燃体系对氢氧化铝在CPE中的协同阻燃效果进行了考察。
珍珠风1实验部分
1.1主要原材料
CPE：牌号140B，潍坊亚星化学公司产品；氢氧化镁，氢氧化铝，硼酸锌，APP，MCA：均为济南泰星公司产品；其它助剂均为工业级市售产品。
双面绣是谁发明的1.2试验仪器与设备
X(S)K-160开炼机，上海橡胶机械一厂产品；
0.50兆牛半自动压力成型机，上海西玛伟力公司产品；XHS-A邵尔硬度计，营口新兴试验机械厂产品；橡胶低温脆性试验机，江都市道纯试验机械厂产品；电子拉力试验机、JMN—Ⅲ型门尼粘度仪，江都精艺试验机械有限公司产品；XDY型橡胶压缩耐寒试验机，天津市材料试验机厂产品。
作者简介：张陆（1986~），男，北京人，工程师，主要从事高分子吸声材料的研究。
1.3基本配方
CPE：100份；白炭黑175：30，硬脂酸：1份；氧化镁：5，DOP：15；DCP：5份，TAIC：1份，阻燃剂：变量。
1.4样品制备
胶料混炼：胶料开炼机上混炼，加料顺序：生胶塑炼→氧化镁、硬脂酸等小料→阻燃剂→增塑剂、填充剂→硫化剂。打三角包混炼均匀后，停放待用。
试片硫化：在0.5兆牛压力成型机上硫化，硫化条件为160℃×30min。
1.5性能测试执行标准
（1）采用电子拉力机按照GB/T528测试拉伸强度、扯断伸长率、100%定伸应力
（2）采用邵尔A硬度计按照GB/T531.1测试硬度。
（3）采用氧指数测试仪器按照GB/T2406.2测试氧指数。
2结果与讨论
2.1氢氧化铝的单用对材料物理机械性能的影响
氢氧化铝单独使用，氯化聚乙烯胶料的硫化胶性能见表1所示。从表中数据可以看出，随着氢氧化铝用量的增加，CPE材料的拉伸强度、扯断伸长率均下降，相应的表征材料阻燃性的氧指数提高。氢氧化铝作为一种阻燃剂，随着用量的增加，其分解吸收的热量增加，更有利于材料燃烧过程中降温，促进脱氢反应，并保护燃烧过程中形成的炭层。氢氧化铝分解释放出的水分既是一种冷却剂，也是一种稀释剂，分解后生成的氧化铝，具有较高的表面积，可吸收烟和可燃物，使胶料的可燃性下降。
表1氧化铝单用使用对CPE硫化胶性能的影响
编号1#2#3#4#5# ATH用量，份020*******硬度（邵尔A），度6670737885拉伸强度，MPa12.811.29.17.5 6.2扯断伸长率，%410359310260190 100%定伸应力，MPa 2.8 3.2 3.1 3.6 4.5氧指数3537404345
氢氧化铝作为一种无机填料，表面极性较大，加入到橡胶中后与基体的相容性较差，胶料内部容易产生缺陷，从而形成应力集中，导致材料物理机械性能的下降。但氢氧化铝本身作为一种环保型的无机阻燃剂，价格低廉，在提高材料阻燃性能的同时，会大大降低配方成本。通过加入表面处理剂，并用其它阻燃体系以形成阻燃协同效应，可有效提高材料的物理机械性能，且相应降低氢氧化铝的用量。
2.2无机材料表面处理剂的影响
在材料中加入无机材料表面处理Si-69、三乙醇胺后材料的物理机械性能得到明显提升，见表2。且从表中数据可以看出，对于材料物理机械性能，无机材料的提前预处理效果要优于在混炼过程中添加表面处理剂，Si69的效果要稍优于三乙醇胺。对于阻燃性能，添加表面处理剂后，材料
的氧指数有所增加，且三乙醇胺的效果要优于
Si69，这都可以归结于表面处理剂改善了无机填
料在橡胶中分散效果。
表2表面处理剂对CPE/ATH硫化胶性能的影响
e通话编号3#3-1#3-2#3-3#3-4#
ATH用量，份4040404040
表面处理剂，添加份数均为5份无Si-69，预混Si-69，直接加入三乙醇胺，预混三乙醇胺，直接加入硬度（邵尔A），度7373737373
拉伸强度，MPa9.111.811.310.59.8
扯断伸长率，%310350336330330 100%定伸应力，MPa 3.1 3.0 3.3 3.3 3.5
tokyo hot n0808氧指数4041414242
2.4ATH与硼酸锌的协同匹配
硼酸锌是硼系阻燃剂的典型代表，具有低毒、价廉、发烟少、着强度低的特点。同时其脱水温度较高（＞300℃），高于一般聚合物的加工温度，其机理是在300℃时开始释放结晶水，吸热并释放水形成保护层，同时也能形成玻璃态无机膨胀层，其中的产物B2O3在325℃软化，500℃开始流动，阻碍挥发可燃物的逸出，同时还催化聚合物脱水炭化，形成固相覆盖层，隔绝燃烧表面和空气。
在ATH总用量为100份的情况下，用部分硼酸锌替代ATH，测试胶料的极限氧指数，结果如图1所示。
图1硼酸锌与氢氧化铝ATH并用对材料氧指数的影响
与单独使用ATH相比，并用硼酸锌后，胶料的极限氧指数有所升高。结合对材料热释放速率的测试，可以看出随着硼酸锌比例的增加，热释放速率明显下降且平缓，且热流也显著降低，这也说明了ATH和硼酸锌之间具有较好的协同阻燃作用。同时试验结果也显示硼酸锌用量达到10份后，其用量进一步增加，材料的氧指数并不会进一步提高，这对材料配方的优化也具有一定的意
义。
2.5氢氧化铝ATH 与氢氧化镁MH 的协同匹配
ATH/MH 的阻燃机理主要是受热结晶水的释放冲淡了基体材料周围的可燃气体，达到阻燃的目的。ATH 的吸热量比MH 大，但分解温度比MH 低140℃左右，因此两种并用时可以在更宽的温度范围内（235~455℃）均存在脱水吸热反应，因此可以在更宽的温度范围内抑制材料的燃烧。
以阻燃剂总添加量100份（主体材料CPE 也
为100份）为基础，调整ATH/MH 配比从100:0~0:100，材料的极限氧指数如图所示，可以看出，在两种阻燃剂并用的情况下材料的氧指数均大于两者单独使用时氧指数。由此可以看出两者具有很好正向破拱器
匹配效应。MH 和ATH 受热均会发生分解反应并吸收热量，反应生成的水蒸气可以降低可燃气体的浓度，而残渣沉积于主体材料表面，起到了隔离氧气的作用，同时MH 能够促进聚合物表面的炭化，这是两者存在匹配效应的主要机理。
图2氢氧化铝ATH 与氢氧化镁MH 并用对材料氧指数的影响
2.6氢氧化铝ATH 与聚磷酸铵APP 并用以CPE 为主体材料，在MH 用量为100份的情况下，当用10%的聚磷酸铵APP 代替相应比例的MH 时，材料的极限氧指数从28.6%增加了
32%。其协同匹配的机理为在320~370℃时MH 脱水吸热，然后在450~550℃时，APP 在凝聚相中促进紧密炭层的生成，从而达到协同阻燃的效果。
图3聚磷酸铵APP 与氢氧化铝MH 并用对材料氧指数的影响
3结论
（1）ATH单独应用，用量较大时容易在胶料中产生应力集中，导致胶料的拉伸强度和扯断伸长率均下降。
（2）Si-69或三乙醇胺的加入可改善ATH在胶料中的分散，提高材料的物理机械性能。
（3）ATH与MH及硼酸锌之间均存在一定的协同阻燃效应。
参考文献
[1]张玉龙，孙敏等.橡胶品种与性能手册[M].北京：化学工业出版社，2012:147-148[2]王锦，王建立，等.铝基复合阻燃剂的制备及应用性能初探[J].轻金属.2009（2）:19-22
气盾坝小常识
气动盾形闸门系统，简称气盾坝，是由一组橡胶气囊作为支撑，上游临水面采用钢板制作挡水盾板，通过给橡胶气囊充气和排气，实现挡水盾板拦河挡水及泄水塌坝的一种新型挡水建筑物，气盾坝兼顾了传统钢闸门、橡胶坝和翻板闸的优点，其控制系统简单，由美国发明，在美国已经应用30多年。
气盾坝主要结构是固定在坝底的弧形钢制坝板和橡胶气袋，由一组弧形钢制盾板、一组橡胶气囊、一排基础锚固螺栓和一套气动充排气系统组成，挡水的弧形钢坝由6m～8m钢板拼接而成，钢板与钢板之间采用P型止水。气盾坝采用弧形钢制坝板挡水，气囊隐藏在盾板之后支撑钢板，避免了钢坝闸和橡胶坝的缺点，兼有两者的优点。
气盾坝相比橡胶坝，支撑气囊隐藏在盾板之后，在行洪塌坝时，水中的推移质泥沙和漂浮物越盾板而过，支撑气囊和附属系统不受水流冲刷和钩挂，气囊不易被扎坏，使用寿命长，一般可达30年。
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